大庆油田天然气深冷处理装置的运行实验

　　1大庆油田已建的4套天然气深冷处理装置均为深度回收轻烃装置，其中萨南深冷装置为引进装置，采用的是双级膨胀制冷工艺，处理能力为60 104 m3 /d，其余3套（红压，南压，北-1）是近几年以回收C2 +轻烃为主建设的深冷装置，均采用了膨胀机制冷加丙烷辅冷工艺。红压深冷装置的设计制冷温度为-101℃，预计乙烷收率80%左右，CO2摩尔含量低于15%.在实际运行中，装置入口气CO2含量远高于设计值，达到30%（mol）以上，造成装置制冷系统脱甲烷塔，冷箱，节流阀等设备在低于-90℃的制冷负温工况下发生CO2冻堵，进而导致生产装置停车，设备损坏。为防止出现冻堵，该装置一直在高于-90℃的工况下运行，极大地影响了轻烃收率，年减产轻烃2 104 t左右。2005年投产的北-1及南压深冷装置目的是取代原萨中油气处理厂，进一步提高制冷深度和轻烃收率，满足大庆油田采油一厂地区节能减排及回收优质轻烃资源的需求。该装置运行良好，但也存在着不同程度的问题：干燥器程控阀腐蚀严重；原料气流量超过7104 m3 /d时，冷箱压差大；再生气粉尘过滤器滤网脏时，无法反吹，导致粉尘进入下游系统会堵塞冷箱，空冷器及膨胀机，影响装置正常运行；空冷器出口管线上容易形成固体硫化物堵塞管道，影响再生气流量。

　　目前大庆油田在建的北-2天然气深冷处理装置优化了上述深冷装置运行中存在的问题。下面探讨该装置的工艺流程和工艺特点。

　　2工艺流程及特点

　　北-2天然气处理厂采用原料气增压，分子筛深度脱水，膨胀机和丙烷辅助冷剂制冷的深冷工艺。油田气处理装置按工艺系统划分可分为压缩机区，脱水区和冷冻分离区。主装置区按三条线布置，中间为管廊带，管廊一侧为原料气压缩机厂房；另一侧为冷冻分离设备框架及厂房，分子筛脱水设备区。

　　2.1工艺流程

　　天然气进入原料气压缩机入口分离器分离出油，水和杂质，经离心式压缩机三级压缩至39 MPa，压缩机各级冷却采用空冷，空冷器设变频调节，以利于节能。三级出口气体空冷后通过后水冷器冷至40℃，经压缩机出口分离器分离后进入脱水单元。

　　压缩后的气体经过滤分离器脱除其中的烃，水雾滴，然后在吸附器中脱水。脱水采用两塔流程，通过切换DCS对开关阀进行时间控制来完成，分别用来干燥吸附和再生冷却。吸附器的再生气和冷却气取自膨胀机驱动同轴增压机出口干气。再生操作时，这部分干气直接进再生气加热器，加热后的再生气进入吸附器脱除干燥剂吸附的水份，然后经再生气空冷器冷却，在再生气分水罐分离出冷凝下来的水；冷却操作时，冷吹气取自干气冷却器后的40℃干气，进入再生后的吸附器进行冷却操作，经冷却分离后的吸附器出口再生气，冷却气返回至外输干气；两个塔交替循环使用满足连续干燥的目的。在干气过滤器中过滤掉粉尘后，去冷冻分离单元。

　　脱水后的原料气分成两路进行换热：一路进入一级贫富气换热器与塔顶气换热；另一路经过塔底重沸器及侧沸器后与**股物流混合进入丙烷制冷机组，然后在低温分离器进行气液分离。气液分离后液相进入脱甲烷塔顶部，通过液位调节阀控制进入脱甲烷塔吸收段顶部作为过冷回流；气相经透平膨胀机膨胀后进入脱甲烷塔吸收段与分离段之间，作为脱甲烷塔的进料。脱甲烷塔顶干气经换热，再经膨胀机驱动的同轴增压机增压后，一部分气体作为处理厂的燃料气，其余气体作为干气产品出装置，进入干气外输管网。脱甲烷塔底轻烃经塔底泵加压输至轻烃罐区。

　　2.2工艺特点

　　在天然气处理过程中，受原料组分，资金，规模，地理条件等因素影响，所采用的工艺，设备，过程控制方法都不尽相同，都有各自的特点。北- 2天然气处理装置在设计上综合考虑上述因素，遵循效益*大化原则，采用常规设备和独特的工艺以达到较高收率。该深冷装置流程主要有以下特点：

　　（1）油田气处理采用原料气增压，分子筛脱水，膨胀机及丙烷辅助制冷工艺，原料气所需增压压力较低，可达到较高的制冷深度，对适应气体组分变化具有一定的灵活性，易于控制操作参数。

　　（2）原料气压缩机采用液力藕合调速装置，能够有效降低压缩机功率，节省电耗，减少压缩机启动对电网的冲击，通过调节传递系统的转速使压缩机能够适应一定范围内的气量波动。脱甲烷塔分离设备采用规整波纹填料，配高弹性液体分布器或采用高操作弹性的塔盘，适应处理量的变化及负荷的波动。

　　（3）工艺冷却尽量采用空冷以节省能耗。压缩机出口冷却工艺气冷却采用空冷后接水冷方案，既增大了空冷器传热温差，从而减少空冷器台数，又可保证气体冷却后的温度和冷后温度稳定。塔底重沸热源通过在重沸器中回收原料气的低温位热量获得，即塔底重沸器和侧沸器与脱水后物流混合换热，可以有效回收冷量，降低能耗。

　　（4）采用了过冷液体回流流程。脱甲烷塔顶气体首先与膨胀机入口低温分离器分离出来的轻烃换热，使轻烃过冷，进入脱甲烷塔顶部作为回流，提高了膨胀机出口及脱甲烷塔顶温度，此工艺可节省功率；同时，组成较富的塔顶回流起到了吸收油的作用，增加了CO2在轻烃中的溶解度，对膨胀机出口和脱甲烷塔顶部区域生成CO2干冰起到了一定的抑制作用。

　　（5）在过滤式分离器前增设了容积较大的立式分离器，有效分离掉了压缩机二级空冷后的气流中夹带的游离水和重烃，避免了分子筛的吸附过载，从而延长了分子筛的使用寿命。

　　3结语

　　大庆油田设计院深入总结其他深冷装置运行中存在的问题，提升自身设计水平，确保北-2天然气处理装置*优化运行，将为企业生产创造了更大的经济效益。同时，装置的建设缓解了中七浅冷装置和北浅冷装置运载负荷，消除北部地区装置检修期间湿气放空问题，能进一步完善大庆油田集气，调气管网，提高了油田管网的可靠性和灵活性，对油田的发展将产生深远的影响。